Acompanhe uma análise do catalisador com aquecimento fracionado homogêneo

A principal função do catalisador com aquecimento fracionado homogêneo é a de aquecer rapidamente os catalisadores na temperatura de trabalho e na fase de partida a frio. Para este efeito, o combustível é injetado duas vezes no ciclo de combustão. A primeira injeção é realizada no ciclo de admissão, para se obter uma distribuição mais homogênea da mistura ar/combustível. Com a segunda injeção, agrega-se uma pequena quantidade adicional de combustível, pouco antes do PMS de ignição. Essa segunda injeção atrasada aumenta a temperatura dos gases de escape, o que acelera o aquecimento dos catalisadores, para que atinjam suas temperaturas de trabalho rapidamente.

O método mais eficiente para diminuir a emissão de poluentes dos gases de escape, em um motor ciclo Otto, é através de um sistema de gerenciamento eletrônico que trabalhe com sonda Lambda  em circuito fechado e com conversor catalítico de três vias.

O conversor catalítico de três vias é assim conhecido porque tem a capacidade de reduzir a emissão dos três resíduos mais poluentes existentes nos gases de escape, de forma simultânea: óxidos de nitrogênio (NOX), hidrocarbonetos (HC) e monóxido de carbono (CO). Ele transforma cerca de 95% desses gases em CO2, N2 e água, através de reações químicas promovidas pelos metais nobres existentes em sua composição.

Este é formado por uma carcaça metálica, do monólito, do substrato e da camada catalítica. Normalmente, utilizam-se substratos como monólitos cerâmicos, mas existem também os monólitos metálicos. O substrato serve para ampliar a área efetiva do catalisador.

A camada catalítica aplicada sobre esse substrato contém os metais nobres Platina (ou Paládio) e o Ródio. Um catalisador propicia uma reação química que acelera ou torna possível a conversão dos gases nocivos. Os metais nobres não participam diretamente da reação química, portanto não se desgastam. O catalisador tem vida útil devido ao envelhecimento químico, contaminação da camada catalítica e ao seu funcionamento em altas temperaturas, nas quais essa camada pode ser deteriorada.

O catalisador inicia o efeito de conversão a partir de uma temperatura de aproximadamente 300º C, o que, após uma partida do motor a frio, pode requerer certo tempo. Alguns sistemas de escapamento possuem um pré-catalisador para abreviar a fase de aquecimento, o que antecipa o início da conversão dos gases. Estes pré-catalisadores estão localizados próximos ao coletor de escape e possuem dimensões reduzidas, o que torna possível atingirem sua temperatura de funcionamento mais rapidamente.

Conversão dos gases - A depuração catalítica baseia-se em duas reações químicas: a redução e a oxidação.

O processo de redução consiste na extração de oxigênio dos componentes dos gases de escape e é promovido pelo Ródio. Como exemplo de redução, citamos a transformação do NOX em CO2 e N2. Já o processo de oxidação consiste na adição de oxigênio aos componentes dos gases de escape (recombustão) e é promovido pela Platina/Paládio. O oxigênio necessário para o processo de oxidação está disponível no gás de escape como oxigênio residual por combustão incompleta, ou retirado do NOX que, ao mesmo tempo, é reduzido. Como exemplo de oxidação, citamos a transformação do HC em CO2 e H2O, e a transformação do CO em CO2. Para que a conversão do catalisador de três vias seja a maior possível para os três componentes poluentes, estes devem estar presentes em equilíbrio químico. Isto requer uma composição da mistura em torno da relação estequiométrica λ=1; por isso, a formação da mistura deve ser corrigida em um circuito de regulagem Lambda. Quanto melhor for a regulagem Lambda obtida pela UCM, menor poderá ser a quantidade de metais nobres empregada na composição do catalisador, o que consequentemente reduz o seu custo de fabricação.

Os defeitos mais comuns no catalisador são:

• Perda da eficiência por contaminação de fuligem resultante da queima de óleo do motor e combustível e outros elementos, tipo sílica;
• Fundição do núcleo cerâmico por excesso de combustível e temperatura, obstruindo a passagem dos gases e gerando aquecimento e perda de rendimento do motor;
• Quebra do núcleo cerâmico provocando ruídos, perda de rendimento e eficiência.

O catalisador tem vida útil pré-definida e deve ser substituído conforme especificações do fabricante.

Exemplos de diagnóstico via sonda Lambda - Através da comparação entre os sinais dos sensores antes e pós-catalisador com um padrão memorizado, a UCM tem condições de avaliar se o catalisador está cumprindo sua função de converter os gases nocivos. Com apenas o sinal do sensor antes do catalisador, isso não seria possível.

Resposta da sonda lambda antes do catalisador
A UCM compara o período de resposta do sinal da sonda Lambda antes do catalisador com um padrão memorizado para determinar se o sensor está contaminado. A contaminação aumenta o período de resposta do sinal do sensor após uma correção da mistura ar/combustível, o que dificulta para a UCM efetuar a regulação Lambda.

Estado da regulação lambda - Quando a proporção da mistura ar/combustível é ideal, a tensão do sinal da sonda Lambda pós-catalisador oscila em torno de λ=1. Se o sensor pós-catalisador gera uma tensão superior ou inferior ao esperado pela UCM, esta detecta a existência de uma mistura ar/combustível demasiadamente rica ou pobre.

Exemplo de procedimento de verificação - Detecção de mistura ar/combustível pobre com regulação Lambda correta – Devido à queda da tensão do sinal do sensor, a UCM reconhece que a mistura ar/combustível empobreceu e altera a regulação Lambda no sentido de enriquecê-la novamente. A tensão do sensor pós-catalisador volta a subir correspondendo à regulação Lambda efetuada pela UCM, que volta a reduzir o valor desta regulação.

Esta regulação se desenvolve durante um período relativamente longo de marcha do veículo.

Detecção de mistura ar/combustível pobre, alcançando o limite de regulação Lambda – Neste caso, a UCM reconhece que a mistura ar/combustível empobreceu devido à queda de tensão do sinal do sensor, e procura alterar a regulação Lambda no sentido de enriquecê-la. Apesar do enriquecimento da mistura ar/combustível, a tensão do sinal do sensor não se modifica, devido a uma avaria, e a UCM continua a alterar a regulação Lambda até atingir o limite.

Desta forma, a UCM supõe que existe uma avaria na sonda Lambda pós-catalisador ou no sistema de escapamento, como uma infiltração de ar, por exemplo.